JP4792863B2

JP4792863B2 - 高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP4792863B2
Application number: JP2005224856A
Authority: JP
Inventors: 藤重治佐
Original assignee: iwasakidenki
Current assignee: iwasakidenki
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: JP2007042409A

Description

本発明は、液晶プロジェクターや液晶リアプロジェクションモニターなどの光源として好適な高圧放電ランプに関する。

近年は、比較的小型のアクティブマトリクスタイプの液晶と精巧な光学系とを用いた液晶プロジェクターや、軽量で薄型の大画面が可能な液晶リアプロジェクションモニターの普及が目覚しく、特に、パソコンに接続してそのパソコン画面をスクリーンや壁面等に投写できるパソコン対応型（データ対応型）の液晶プロジェクターは、ホールや会議室などでのイベントやプレゼンテーションに有用であることから急速に普及している。

これら液晶プロジェクターや液晶リアプロジェクションモニターの光源は、小型で且つ高輝度で演色性に優れ、長寿命であることが要求されるため、図１に示すようなショートアークタイプの高圧放電ランプが用いられている。該ランプは、石英ガラス製発光管１の発光部２内に、一対のタングステン電極５、５が互いに対向して配置されると共に、水銀と、沃素あるいは臭素などのハロゲンと、アルゴンガスなどの希ガスとが封入され、発光部２の両側をシュリンクシールによって気密封止するシール部３、３に、タングステン電極５とモリブデン箔６と外部リード７とを一連に溶接して一体化させた電極アセンブリ４がそれぞれ封着されている。そして、電極５、５間の距離を狭めてその間に生ずる放電アークのアーク長を短くすると共に、発光部２の単位容積当りの水銀封入量を多くしてその発光部２内の水銀蒸気圧を高めることにより、小型で点光源に近い高輝度発光が得られるようにする共に、赤色領域の発光を促して分光分布を良好にし、更に、タングステン電極５、５から蒸発して発光部２の内壁に付着したタングステンを電極５、５へ戻すタングステン−ハロゲンサイクルによって、ランプ寿命を損なう発光部２の早期黒化を防止するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

そして、最近は、液晶プロジェクターや液晶リアプロジェクションモニターの普及に伴なってその販売競争が激化し、他社製品との差別化を図るために、より高輝度で長寿命なランプが求められている。

このため、ランプメーカーは、発光管１の発光部２に封入する水銀の量を許容限度まで増やしてランプの輝度を高めるようにしているが、水銀の封入量を増やせばランプ点灯時における発光部２内の水銀蒸気圧が著しく高まって、発光部２が僅かに黒化しただけでも変形を起し、照度低下や発光管破裂を招来してランプ寿命を損なうおそれがある。また、電極５、５間の距離が狭いショートアークタイプの高圧放電ランプは、その電極５、５の温度が著しく高くなるため、電極材のタングステンと該タングステンに含まれる不純物の蒸発も甚だしくなって、発光部２の早期黒化を招来するおそれがある。

そこで、本願出願人は、タングステン中に不純物として含まれるＡｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ，Ｔｈの総含有量を１０ｐｐｍ以下とした高純度タングステンで製造される黒化抑制効果のある電極材（特許文献２参照）をタングステンメーカーから購入して、図１の如きタングステン電極５に加工している。
特開平６−５２８３０号公報特開平９−１６５６４１号公報

しかし、タングステン電極５の電極材として、上記不純物（Ａｌ〜Ｔｈ）の総含有量を１０ｐｐｍ以下とした高純度タングステンでなる電極材を用いると、発光部２の黒化が抑制されて照度維持率などの寿命特性が改善される効果があることが認められるものの、電極材の製造ロットによって黒化抑制効果にバラツキがあることが判った。そのバラツキの原因を究明するために、電極材の高純度タングステンに含まれる上記不純物（Ａｌ〜Ｔｈ）以外の不純物についてもその含有量を分析したところ、タングステンの原料ロットによってチタン（Ｔｉ）の含有量に著しい差異があり、チタン含有量が０．０２ｐｐｍ、０．０４ｐｐｍ、あるいは０．０８ｐｐｍと極めて少ない原料ロットもあれば、１．２ｐｐｍ、１．７ｐｐｍ、あるいは３．４ｐｐｍと著しく多い原料ロットもあった。

このようにチタン含有量が様々に異なるタングステン電極材を用いたランプを試作して、その点灯試験を実施したところ、タングステン電極材のチタン含有量が多くなるに従って黒化抑制効果が低下し、チタン含有量が１ｐｐｍを超えるタングステン電極材を使用したランプは、僅か数十時間の点灯で黒化が発生することが確認された。つまり、タングステン中に不純物として含まれたチタンが発光部２の黒化を招来する原因物質の一つであることが判った。

そして、タングステン中に不純物として含まれるチタンが発光部２の黒化を招来するメカニズムについて鋭意研究した結果、タングステン電極材を加工して電極５を製作する工程や、その電極５とモリブデン箔６と外部リード７とを溶接して電極アセンブリ４を組立てる工程や、その電極アセンブリ４を発光管１のシール部３、３に封着する工程などにおいて、タングステン表面のチタンがイオン化して反応性が高くなり、これが気体分子と化学反応してチタン化合物を生成するゲッター作用が生じ、そのゲッター作用によって電極材もしくは電極５の表面に吸着された気体分子が、電極５と共に発光管１の発光部２内に持ち込まれて、その発光部２内に黒化の原因となる不純ガスが発生するものと推定された。

本発明は、液晶プロジェクターや液晶リアプロジェクションモニターなどの光源として用いられる高圧放電ランプの寿命特性をより一層向上させるために、タングステン中に不純物として含まれるチタンのゲッター作用でタングステン電極やその電極材の表面に吸着された気体分子が、タングステン電極と共に発光管の発光部内に持ち込まれて、その発光部内に黒化の原因となる不純ガスが発生することを防止することを技術的課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、発光管の発光部内に、一対の電極が互いに対向して配置されると共に、少なくとも水銀と希ガスが封入された高圧放電ランプにおいて、前記電極として、Ａｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ，Ｔｈの総含有量が１０ｐｐｍ以下で、且つチタン（Ｔｉ）の含有量が０．０８ｐｐｍ以下の高純度タングステンでなるタングステン電極が用いられていることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、発光管の発光部内に、一対の電極が互いに対向して配置されると共に、少なくとも水銀と希ガスが封入された高圧放電ランプにおいて、前記電極として、タングステン表面のチタン乃至チタン化合物を除去するチタン除去処理を施したタングステン電極が用いられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発光管の発光部内に配置する電極として、チタン含有量が０．０８ｐｐｍ以下の高純度タングステンでなるタングステン電極を用いることにより、当該電極の表面におけるチタンのゲッター作用が抑止されて、そのゲッター作用で電極の表面に吸着された気体分子が発光管の発光部内に持ち込まれて黒化の原因となる不純ガスが発生することが確実に防止される。

請求項２の発明によれば、発光管の発光部内に配置する電極として、タングステン表面のチタン乃至チタン化合物を除去するチタン除去処理を施したタングステン電極を用いることにより、当該電極の表面にチタンのゲッター作用で気体分子が吸着することが防止されるので、その気体分子が発光管の発光部内に持ち込まれて黒化の原因となる不純ガスが発生することも防止される。また、例えばチタン含有量が１ｐｐｍを超えるようなタングステン電極であっても、そのタングステン表面にチタン除去処理を施すことにより、チタンのゲッター作用が抑止されて、黒化の原因となる不純ガスが発生することが防止される。

本発明に係る高圧放電ランプの最良の実施形態は、発光管の発光部内に、水銀と、臭素などのハロゲンと、アルゴンガスなどの希ガスとが封入されると共に、一対の電極が互いに対向して配置され、該電極として、タングステンに含まれる不純物であるＡｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ，Ｔｈの総含有量が１０ｐｐｍ以下で、且つチタン（Ｔｉ）の含有量が０．０８ｐｐｍ以下の高純度タングステンでなるタングステン電極が用いられている。

請求項１の発明に係る高圧放電ランプの一例を図１に基づいて説明する。
例えば定格電力１５０Ｗの高圧放電ランプは、石英ガラスなどの耐熱透光性材料でなる発光管１の発光部２が、内容積約０．０８ｍｌ、最大外径１０ｍｍ、最大内径４．８ｍｍの球状をなすように形成されて、その発光部２の両側を気密封止するシール部３、３に、全長約７ｍｍの電極５と、長さ約２０ｍｍのモリブデン箔６と、線径約０．６ｍｍのモリブデン線でなる外部リード７とを溶接して一体的に組立てた電極アセンブリ４がそれぞれ封着されている。

発光部２内には、シール部３、３に封着された電極アセンブリ４、４の両電極５、５が、１．１ｍｍの電極間距離を保って互いに対向するように配置されると共に、水銀が１８ｍｇ、ハロゲンとして臭化水素が約１．６×１０^−７ｍｏｌ／ｍｌ、始動用の希ガスとしてアルゴンガスが約１．６×１０^４Ｐａ封入されている。

電極５、５は、外径０．４ｍｍ、長さ８ｍｍのタングステン製電極芯棒８の先端部に、外径０．２ｍｍのタングステン製ワイヤ９をコイル状に二重密巻きし、その先端部をレーザービームで加熱溶解させて外径約１．１ｍｍ程度の球状をなすように加工したタングステン電極であって、その電極材となる電極芯棒８とワイヤ９は、タングステン中に不純物として含まれるＡｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ，Ｔｈの総含有量が１０ｐｐｍ以下で、且つチタン（Ｔｉ）の含有量が０．０８ｐｐｍ以下の高純度タングステンでなるものを使用している。

この高純度タングステンでなる電極芯棒８とワイヤ９を用いて製作されたタングステン電極５、５は、発光部２の黒化の原因となる不純ガスを発生するおそれのあるチタン化合物の生成量が極めて少ないので、ランプの寿命特性が著しく向上する。比較実験によれば、Ａｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ，Ｔｈの総含有量が１０ｐｐｍ以下の高純度タングステンでなるタングステン電極を用いても、その高純度タングステンがチタン含有量１．２ｐｐｍのものであるときは、連続点灯５０時間で黒化の発生が認められ、照度維持率が約８０％まで低下した。また、連続点灯１５００時間での残存率は０％であった。これに対し、高純度タングステンがチタン含有量０．０８ｐｐｍ以下のものであるときは、連続点灯５０時間で黒化の発生は認められず、照度維持率は９０％以上であり、連続点灯１５００時間で不点となるものはなく残存率は１００％であった。また、チタン含有量０．０４ｐｐｍのものは、連続点灯５０時間での照度維持率が９５％であり、チタン含有量が少ないほど寿命特性が優れていた。また、定格電力が異なるランプについても、略同様の実験結果が得られた。

なお、不純物Ａｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ，Ｔｈの総含有量を１０ｐｐｍ以下とした高純度タングステンでなる電極材を用いれば、黒化抑制効果があることが認められるので、実施例では、当該電極材の中から、チタン含量が０．０８ｐｐｍ以下のものを選択しているが、本発明の電極５は、上記不純物Ａｌ〜Ｔｈの総含有量が１０ｐｐｍ以下の高純度タングステンでなる電極材を用いたものに限定されない。

次に、請求項２の発明に係る高圧放電ランプの一例について説明する。該ランプは、例えば図１の電極５、５として、タングステン表面のチタンやその化合物を除去するチタン除去処理を施したタングステン電極が用いられている。

チタン除去処理の方法としては、タングステン電極５もしくはその電極材となる電極芯棒８やコイル９の表面に存在するチタンとその化合物を過酸化水素との接触反応によって除去する方法や、電極芯棒８とコイル９もしくはこれらで製作したタングステン電極５を、タングステンの溶解度が低い無機酸などでなる薬液中に浸漬して酸洗いする方法等がある。

このようにしてタングステン表面のチタンやその化合物を除去したタングステン電極５は、チタン含有量が１ｐｐｍを超えるタングステンでなるものであっても、発光部２の早期黒化を生じないという利点がある。タングステンは、その原料ロットによってチタン含有量が異なるので、タングステン電極材も、その製造ロットによってチタン含有量が異なるが、タングステンメーカーは、各製造ロット毎にチタン含有量を分析してその分析結果を公表するようなことはしないのが通常である。そのため、電極５に使用するタングステン電極材のチタン含有量が不明であったり、知らずしてチタン含有量が１ｐｐｍを超えるタングステン電極材を使用する場合もあり得るが、このような場合でも、本実施例の如きチタン除去処理を施せば、チタンに起因する発光部２の黒化を未然に防止することができる。なお、チタン除去処理の方法は、上記方法に限定されるものではなく、要するに、チタンのゲッター作用によってタングステン電極材の表面もしくはその電極材で製作したタングステン電極の表面に吸着された気体分子を除去することが可能な方法であればよい。

本発明は、液晶プロジェクターや液晶リアプロジェクションモニターなどの光源として使用される高圧放電ランプの寿命特性を向上させて、それら液晶プロジェクターや液晶リアプロジェクションモニターの普及促進に資することができる。

本発明を適用する高圧放電ランプの一例を示す縦断面図

符号の説明

１発光管
２発光部
３シール部
４電極アセンブリ
５電極
６モリブデン箔
７外部リード
８電極芯棒
９ワイヤ

Claims

発光管の発光部内に、一対の電極が互いに対向して配置されると共に、少なくとも水銀と希ガスが封入された高圧放電ランプにおいて、前記電極として、Ａｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ，Ｔｈの総含有量が１０ｐｐｍ以下で、且つチタン（Ｔｉ）の含有量が０．０８ｐｐｍ以下の高純度タングステンでなるタングステン電極が用いられていることを特徴とする高圧放電ランプ。
発光管の発光部内に、一対の電極が互いに対向して配置されると共に、少なくとも水銀と希ガスが封入された高圧放電ランプにおいて、前記電極として、タングステン表面のチタン乃至チタン化合物を除去するチタン除去処理を施したタングステン電極が用いられていることを特徴とする高圧放電ランプ。